JP7341782B2 - Angle detection device - Google Patents

Angle detection device Download PDF

Info

Publication number
JP7341782B2
JP7341782B2 JP2019145411A JP2019145411A JP7341782B2 JP 7341782 B2 JP7341782 B2 JP 7341782B2 JP 2019145411 A JP2019145411 A JP 2019145411A JP 2019145411 A JP2019145411 A JP 2019145411A JP 7341782 B2 JP7341782 B2 JP 7341782B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mirror
light
photodetector
angle
laser beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019145411A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021025938A (en
JP2021025938A5 (en
Inventor
宏和 高橋
新吾 岩崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pioneer Corp filed Critical Pioneer Corp
Priority to JP2019145411A priority Critical patent/JP7341782B2/en
Publication of JP2021025938A publication Critical patent/JP2021025938A/en
Publication of JP2021025938A5 publication Critical patent/JP2021025938A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7341782B2 publication Critical patent/JP7341782B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

本発明は、角度検出装置に関し、特に、揺動軸周りに揺動するミラーの基準姿勢からの揺動角を算出する角度算出装置に関する。 The present invention relates to an angle detection device, and particularly to an angle calculation device that calculates a swing angle from a reference posture of a mirror that swings around a swing axis.

光を偏向しつつ所定の領域に向けて出射し、当該所定の領域から戻ってきた光を検出することによって、当該所定の領域内に位置する物体に関する種々の情報を得る走査装置が知られている。このような走査装置において、光を偏向する部分として、MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラー等の可動式のミラーが設けられている。 There are known scanning devices that emit light toward a predetermined area while deflecting it, and detect the light that returns from the predetermined area, thereby obtaining various information about objects located within the predetermined area. There is. In such a scanning device, a movable mirror such as a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror is provided as a part that deflects light.

このような可動式のミラーを有する走査装置では、ミラーの角度を変えて当該ミラーに対する光線の入射方向及び反射方向を変化させることにより、出射光の偏向を行っている。このため、出射光が所定の領域内のどこを照射しているのかを知るためには、基準姿勢に対するミラーの角度を検出する必要がある。 In a scanning device having such a movable mirror, the outgoing light is deflected by changing the angle of the mirror to change the incident direction and reflection direction of the light beam with respect to the mirror. Therefore, in order to know where in a predetermined area the emitted light is irradiating, it is necessary to detect the angle of the mirror with respect to the reference attitude.

ミラーの角度を検出する方法としては、例えばミラーの可動部に設けられた歪センサによって当該可動部の一部の変形を歪の大きさとして検出し、ピエゾ抵抗効果や圧電効果を利用してミラーの角度を算出することが行われている。また、ミラーに対して光を照射し、ミラーによって反射された光の反射方向の変化を象限検出器によって検出することによりミラーの角度を検出する方法が提案されている(例えば、特許文献1)。 As a method for detecting the angle of a mirror, for example, a strain sensor installed in the movable part of the mirror detects the deformation of a part of the movable part as the magnitude of distortion, and the angle of the mirror is detected by using the piezoresistive effect or piezoelectric effect. The angle of the angle is calculated. Furthermore, a method has been proposed in which the angle of the mirror is detected by irradiating light onto the mirror and using a quadrant detector to detect a change in the reflection direction of the light reflected by the mirror (for example, Patent Document 1) .

特開2012-198511号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-198511

上記のように歪センサの検出結果を用いてミラーの角度を算出する方法では、可動部等における材料の物性の変化を利用しているため、検出感度に温度依存性を有し、また繰り返し歪みが生じることによる材料の劣化により、検出感度に変化が生じる。このため、ミラーの角度を精度よく算出することができないという問題があった。 As mentioned above, the method of calculating the mirror angle using the detection results of the strain sensor uses changes in the physical properties of the material in the movable parts, etc., so the detection sensitivity is temperature dependent, and the repeated strain Detection sensitivity changes due to material deterioration caused by this phenomenon. For this reason, there was a problem in that the angle of the mirror could not be calculated with high accuracy.

また、上記先行技術文献のようにミラーによって反射された光の反射方向の変化を利用してミラーの角度を検出する方法では、ミラーに対して比較的角度をもって光を入射させる必要があるため、ミラーの光反射面に垂直な方向に相当の空間を必要とする。このため、ミラー周辺の必要体積が大きくなり、角度検出のための光を照射するレーザや検出器等の存在によって、走査装置による光の走査領域に制限が生じるという問題があった。 Furthermore, in the method of detecting the angle of the mirror by utilizing the change in the direction of reflection of the light reflected by the mirror as in the above-mentioned prior art document, it is necessary to make the light incident on the mirror at a relatively angle. A considerable amount of space is required in the direction perpendicular to the light reflecting surface of the mirror. For this reason, the required volume around the mirror increases, and the presence of a laser, a detector, etc. that irradiates light for angle detection causes a problem in that the light scanning area by the scanning device is limited.

このように、歪センサを用いたミラーの角度の検出では、温度依存性や材料の計時劣化のため精度のよい算出を行うことができないということが課題の一例として挙げられる。また、ミラーからの反射光の反射方向の変化に基づいてミラーの角度を検出する場合、検出器等を設けるための広いスペースが必要となり、走査装置の走査領域に制限が生じてしまうということが課題の一例として挙げられる。 As described above, one example of a problem in detecting the angle of a mirror using a strain sensor is that accurate calculation cannot be performed due to temperature dependence and time measurement deterioration of the material. Additionally, when detecting the angle of a mirror based on changes in the direction of reflected light from the mirror, a large space is required to install a detector, etc., which limits the scanning area of the scanning device. This is an example of a problem.

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、周辺環境の変化や経時変化に強く且つ省スペースな角度検出装置を提供することを目的の一つとしている。 The present invention has been made in view of the above points, and one of its objects is to provide a space-saving angle detection device that is resistant to changes in the surrounding environment and changes over time.

請求項1に記載の発明は、光を反射する第1の面と、前記第1の面とは反対側に位置する第2の面と、を有し、基準姿勢から揺動軸周りに揺動可能に構成されたミラーと、前記基準姿勢における前記ミラーの前記第2の面に対し平行に進行するレーザ光を出射する光源と、前記光源から出射されて進行する前記レーザ光の光路上に設けられた光検出器と、前記光検出器の受光結果に基づいて前記基準姿勢からの揺動角を算出する角度算出部と、を有することを特徴とする。 The invention according to claim 1 has a first surface that reflects light and a second surface located on the opposite side of the first surface, and the invention includes a first surface that reflects light, and a second surface that is located on the opposite side of the first surface, and that is configured to swing around a swing axis from a reference posture. a mirror configured to be movable; a light source that emits a laser beam that travels parallel to the second surface of the mirror in the reference posture; and a light source that is on the optical path of the laser beam that is emitted from the light source and travels. The present invention is characterized in that it includes a photodetector provided and an angle calculation section that calculates a swing angle from the reference posture based on the light reception result of the photodetector.

請求項9に記載の発明は、光を反射する第1の面と、前記第1の面とは反対側に位置する第2の面と、を有し、基準姿勢から揺動軸周りに揺動可能に構成されたミラーと、前記基準姿勢における前記ミラーの前記第1の面に垂直な方向から見て前記第2の面の直下に位置する領域の外側から当該領域を通過する方向にレーザ光を出射する光源と、前記領域を通過した前記レーザ光を受光する受光面を有し、前記ミラーの揺動によって前記受光面による前記レーザ光の受光量が変化するように配された光検出器と、前記光検出器の受光結果に基づいて前記ミラーの前記基準姿勢からの揺動角を算出する角度算出部と、を有することを特徴とする。 The invention according to claim 9 has a first surface that reflects light and a second surface located on the opposite side of the first surface, and the invention includes a first surface that reflects light, and a second surface that is located on the opposite side of the first surface, and that rotates around a swing axis from a reference posture. a mirror configured to be movable; and a laser beam directed from outside of a region located directly below the second surface in a direction passing through the region when viewed from a direction perpendicular to the first surface of the mirror in the reference posture. A light detection device comprising a light source that emits light and a light receiving surface that receives the laser light that has passed through the area, and arranged so that the amount of the laser light received by the light receiving surface changes with the rocking of the mirror. and an angle calculation unit that calculates a swing angle of the mirror from the reference attitude based on the light reception result of the photodetector.

本実施例の角度検出装置の全体構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of an angle detection device according to the present embodiment. 本実施例の角度検出装置の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the angle detection device according to the present embodiment. ミラーの基準姿勢におけるレーザ光の照射の様子を模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing how laser light is irradiated in a reference posture of a mirror. ミラーが第1光検出器側に傾いている場合のレーザ光の照射の様子を模式的に示す図である。FIG. 7 is a diagram schematically showing how laser light is irradiated when the mirror is tilted toward the first photodetector. ミラーがレーザ光出射部側に傾いている場合のレーザ光の照射の様子を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing how laser light is irradiated when the mirror is tilted toward the laser light emitting section. ミラーが揺動する際に検出される光強度と時間との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between the light intensity detected when the mirror swings and time. 規格化光強度と振り角との関係を示すグラフである。It is a graph showing the relationship between normalized light intensity and swing angle. ミラーで反射されたレーザ光が第1光検出器に入射する場合を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the case where the laser beam reflected by the mirror injects into a 1st photodetector. 変形例におけるレーザ光の照射の様子を模式的に示す図である。FIG. 7 is a diagram schematically showing how laser light is irradiated in a modified example. 駆動信号の波形とミラーの傾きとの位相差の関係を模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing the relationship between the phase difference between the waveform of a drive signal and the tilt of a mirror. 変形例においてレーザ光がミラーの裏面の一部を通過する様子を模式的に示す上面図である。FIG. 7 is a top view schematically showing how a laser beam passes through a part of the back surface of a mirror in a modified example. 変形例においてレーザ光がミラーの裏面の一部を通過する様子を模式的に示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing how a laser beam passes through a part of the back surface of a mirror in a modified example. 変形例においてレーザ光を傾き検出用のミラーで反射させた反射光を検出器が受光する様子を模式的に示す図である。FIG. 7 is a diagram schematically showing how a detector receives reflected light obtained by reflecting laser light on a tilt detection mirror in a modified example. 変形例におけるミラー及び受光部の形状を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the shape of the mirror and the light receiving part in a modification. 変形例におけるミラー及び受光部の形状を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the shape of the mirror and the light receiving part in a modification. 変形例におけるミラー及び受光部の形状を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the shape of the mirror and the light receiving part in a modification. 変形例におけるミラー及び受光部の形状を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the shape of the mirror and the light receiving part in a modification. 変形例におけるミラー及び受光部の形状を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the shape of the mirror and the light receiving part in a modification. 変形例におけるミラー及び受光部の形状を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the shape of the mirror and the light receiving part in a modification.

以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下の実施例における説明及び添付図面においては、実質的に同一または等価な部分には同一の参照符号を付している。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below. In the following description of the embodiments and the accompanying drawings, substantially the same or equivalent parts are designated by the same reference numerals.

図1Aは、本実施例に係る角度検出装置10の全体構成を示す斜視図である。角度検出装置10は、揺動軸周りに揺動するミラーの基準姿勢からの揺動角(以下、振り角とも称する)を検出する装置である。 FIG. 1A is a perspective view showing the overall configuration of an angle detection device 10 according to this embodiment. The angle detection device 10 is a device that detects a swing angle (hereinafter also referred to as swing angle) of a mirror that swings around a swing axis from a reference posture.

角度検出装置10は、光偏向を行うMEMSミラー10と、レーザ光を出射するレーザ光出射部21と、レーザ光を受光する第1光検出器22及び第2光検出器23と、第1光検出器22及び第2光検出器23の受光結果に基づいてMEMSミラー10の振り角を算出する角度算出部24と、を有する。 The angle detection device 10 includes a MEMS mirror 10 that deflects light, a laser light emitting section 21 that emits a laser beam, a first photodetector 22 and a second photodetector 23 that receive the laser beam, and a first photodetector 22 and a second photodetector 23 that receive the laser beam. It has an angle calculation unit 24 that calculates the swing angle of the MEMS mirror 10 based on the light reception results of the detector 22 and the second photodetector 23.

MEMSミラー10は、周期的に揺動することで光の偏向動作を行うミラーを含むMEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーである。MEMSミラー10は、支持部11と、支持部11によって揺動可能に支持された可動部12と、を含む。支持部11は、図示せぬ筐体部に固定されている。 The MEMS mirror 10 is a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror that includes a mirror that deflects light by periodically swinging. The MEMS mirror 10 includes a support section 11 and a movable section 12 that is swingably supported by the support section 11. The support portion 11 is fixed to a casing portion (not shown).

可動部12は、揺動軸CAの周りに揺動可能な状態で支持部11に支持されたミラー部13を有する。ミラー部13は、揺動軸CAに沿って延びるトーションバー14によって支持部11に接続及び支持されている。なお、支持部11及び可動部12は、半導体材料からなり、例えば半導体ウェハを加工することで形成することができる。 The movable part 12 has a mirror part 13 supported by the support part 11 in a swingable state around a swing axis CA. The mirror section 13 is connected to and supported by the support section 11 by a torsion bar 14 extending along the swing axis CA. Note that the support portion 11 and the movable portion 12 are made of a semiconductor material, and can be formed by processing a semiconductor wafer, for example.

ミラー部13の第1の主面上には光反射面が形成されている。一方、ミラー部13の当該第1の主面とは反対側の主面である第2の主面は、黒色を有し且つ微細な溝が設けられる等の反射防止の加工が施されている。また、ミラー部13の当該第2の主面上には永久磁石(図示せず)が設けられている。トーションバー14がその周方向にねじれるように永久磁石に磁界が印加されると、ミラー部13は、支持部11に支持されつつ揺動軸CAの周りに揺動する。 A light reflecting surface is formed on the first main surface of the mirror section 13. On the other hand, the second main surface of the mirror section 13, which is the main surface on the opposite side to the first main surface, has a black color and has been subjected to anti-reflection processing such as providing fine grooves. . Further, a permanent magnet (not shown) is provided on the second main surface of the mirror section 13. When a magnetic field is applied to the permanent magnet so that the torsion bar 14 is twisted in its circumferential direction, the mirror section 13 swings around the swing axis CA while being supported by the support section 11.

ミラー部13は、第1の主面及び第2の主面が水平となるように支持された状態を基本姿勢として、揺動軸CAの周りを揺動する。本実施例では、ミラー部13は、基準姿勢を中心として所定角度の範囲を周期的に揺動する。例えば、ミラー部13は、基本姿勢にある状態の第1の主面の法線方向から時計回りの方向を+方向、反時計回りの方向を-方向とすると、第1の主面の法線と基準姿勢における当該法線とのなす角AGがAG≦±θmax(例えば、±15°)の範囲で周期的に揺動する。以下の説明では、振り角の限界を示す最大角度θmaxを最大振り角とも称する。 The mirror unit 13 swings around the swing axis CA with a basic attitude in which the first main surface and the second main surface are supported so as to be horizontal. In this embodiment, the mirror section 13 periodically swings within a predetermined angle range around the reference posture. For example, if the clockwise direction from the normal direction of the first principal surface in the basic posture is defined as a + direction, and the counterclockwise direction is defined as a - direction, then The angle AG between the normal line and the normal line in the reference posture periodically swings within the range of AG≦±θmax (for example, ±15°). In the following description, the maximum angle θmax indicating the limit of the swing angle will also be referred to as the maximum swing angle.

レーザ光出射部21は、基準姿勢におけるミラー部13の第2の主面側に設けられている。レーザ光出射部21は、例えばMEMSミラー10の外側(すなわち、基準姿勢におけるミラー部13の第2の主面に平行な方向において、ミラー部13の中心からの距離がMEMSミラー10の外縁よりも遠い位置)から、ミラー部13の第2の主面上を通過するようにレーザ光を出射する。 The laser beam emitting section 21 is provided on the second main surface side of the mirror section 13 in the reference attitude. For example, the laser beam emitting unit 21 is located outside the MEMS mirror 10 (that is, in a direction parallel to the second main surface of the mirror unit 13 in the reference posture, the distance from the center of the mirror unit 13 is longer than the outer edge of the MEMS mirror 10 A laser beam is emitted from a far position) so as to pass over the second main surface of the mirror section 13.

第1光検出器22は、APD(Avalanche PhotoDiode)等のフォトダイオードから構成されている。第1光検出器22は、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光がミラー部13の第2の主面上を通過して進行する光路上に設けられている。例えば、第1光検出器22は、基準姿勢におけるミラー部13の第2の主面側であって、MEMSミラー10の載置領域(すなわち、基準姿勢におけるミラー部13の第1の主面側を「上」、第2の主面側を「下」とした場合のMEMSミラー10の真下の領域)を挟んでレーザ光出射部21と対向する位置に設けられている。 The first photodetector 22 is composed of a photodiode such as an APD (Avalanche PhotoDiode). The first photodetector 22 is provided on an optical path along which the laser light emitted from the laser light emitting section 21 travels through the second main surface of the mirror section 13 . For example, the first photodetector 22 is located on the second main surface side of the mirror section 13 in the reference attitude, and is located on the mounting area of the MEMS mirror 10 (i.e., on the first main surface side of the mirror section 13 in the reference attitude). It is provided at a position facing the laser beam emitting section 21 with the area directly below the MEMS mirror 10 (when the second main surface side is defined as "upper" and the second principal surface side is "lower") sandwiched therebetween.

第2光検出器23は、第1光検出器22と同様、フォトダイオードから構成されている。第2光検出器23は、ミラー部13が一の方向に揺動した際にはミラー部13の端部で反射されたレーザ光が入射し、ミラー部13が他の方向に揺動した際にはレーザ光が入射しない位置に設けられている。例えば、第2光検出器23は、基準姿勢におけるミラー部13の第2の主面側で且つレーザ光出射部21に近い位置に配置されている。 The second photodetector 23, like the first photodetector 22, is composed of a photodiode. The second photodetector 23 receives the laser beam reflected at the end of the mirror section 13 when the mirror section 13 swings in one direction, and when the mirror section 13 swings in the other direction, the laser beam is incident on the second photodetector 23. is provided at a position where the laser beam does not enter. For example, the second photodetector 23 is disposed on the second main surface side of the mirror section 13 in the reference attitude and at a position close to the laser beam emitting section 21.

角度算出部24は、第1光検出器22の受光結果に基づいて、基準姿勢に対するミラー部13の角度を算出する。また、角度算出部24は、第2光検出器23の受光結果に基づいて、ミラー部13が基準姿勢からどちらの方向に傾いているかを検出する。 The angle calculation unit 24 calculates the angle of the mirror unit 13 with respect to the reference attitude based on the light reception result of the first photodetector 22. Further, the angle calculation section 24 detects in which direction the mirror section 13 is tilted from the reference posture based on the light reception result of the second photodetector 23.

図1Bは、角度算出装置100のXX線に沿った断面図である。ここでは、ミラー部13が基準姿勢にある場合の各部の位置関係を示している。 FIG. 1B is a cross-sectional view of the angle calculation device 100 taken along the XX line. Here, the positional relationship of each part is shown when the mirror part 13 is in the standard posture.

レーザ光出射部21は、ミラー部13の第2の主面S2側において、MEMSミラー10の外縁部の外側からミラー部13の中心部に向かってレーザ光が出射されるように、当該中心部の方向に出射口を向けて配置されている。レーザ光出射部21の出射口の前側(すなわち、ミラー部13の中央部に向かう方向側)に近接して、レンズ25が設けられている。 The laser beam emitting section 21 is configured to emit a laser beam from the outside of the outer edge of the MEMS mirror 10 toward the center of the mirror section 13 on the second principal surface S2 side of the mirror section 13 . It is arranged with the exit facing in the direction of. A lens 25 is provided close to the front side of the emission aperture of the laser beam emission section 21 (that is, on the side in the direction toward the center of the mirror section 13).

第1光検出器22は、レーザ光出射部21から出射されてミラー部13の第2の主面上を通過したレーザ光を受光するように、ミラー部13の中心部の方向に受光面を向けて配置されている。 The first photodetector 22 has a light receiving surface in the direction of the center of the mirror section 13 so as to receive the laser light emitted from the laser light emitting section 21 and passing on the second main surface of the mirror section 13. It is placed towards.

第2光検出器23は、レーザ光出射部21から出射されてミラー部13の側端部で反射されたレーザ光を受光するように、ミラー部13の第2の主面S2に対向する方向に受光面を向けて配置されている。 The second photodetector 23 is arranged in a direction facing the second main surface S2 of the mirror section 13 so as to receive the laser beam emitted from the laser beam emitting section 21 and reflected at the side end of the mirror section 13. The sensor is placed with the light-receiving surface facing the

次に、本実施例の角度検出装置100が実行する角度検出動作について図2A、図2B、図2C、図3A及び図3Bを参照して説明する。 Next, the angle detection operation performed by the angle detection device 100 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 2A, 2B, 2C, 3A, and 3B.

図2Aは、ミラー部13が基準姿勢である場合のレーザ光の出射及び受光の様子を模式的に示す図である。ここでは、ミラー部13の第1の主面S1及び第2の主面S2に垂直な方向を法線NLとして示している。レーザ光出射部21から出射されたレーザ光LL(図2Aに破線で示す)は、レンズ25を通過してミラー部13の第2の主面S2上を平行に横切るように進行し、第1光検出器22に入射する。第1光検出器22に入射するレーザ光LLの光量は、ミラー部13が揺動した状態と比べて最も大きくなる。すなわち、この状態において、第1光検出器22によって検出される光強度は最大となる。 FIG. 2A is a diagram schematically showing how laser light is emitted and received when the mirror section 13 is in the standard posture. Here, a direction perpendicular to the first main surface S1 and the second main surface S2 of the mirror section 13 is shown as a normal line NL. The laser beam LL (indicated by a broken line in FIG. 2A) emitted from the laser beam emitting section 21 passes through the lens 25 and travels parallel to the second main surface S2 of the mirror section 13, The light is incident on the photodetector 22. The amount of laser light LL incident on the first photodetector 22 is the largest compared to the state in which the mirror section 13 is oscillated. That is, in this state, the light intensity detected by the first photodetector 22 becomes maximum.

図2Bは、図2Aに示す基準姿勢の状態から第1光検出器22の位置する方向にミラー部13の第1の主面S1が傾いた状態、すなわち法線NLが図2AのA方向に変化するようにミラー部13が傾いた状態を示している。この状態では、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光LLのうちの一部がミラー部13の第2の主面S2に照射され、その進行が妨げられる。このため、第1光検出器22に入射するレーザ光LLの光量は、ミラー部13が基準姿勢にある状態と比べて小さくなる。 FIG. 2B shows a state in which the first main surface S1 of the mirror section 13 is tilted in the direction in which the first photodetector 22 is located from the reference posture shown in FIG. 2A, that is, the normal NL is tilted in the direction A in FIG. 2A. A state in which the mirror portion 13 is tilted so as to change is shown. In this state, a part of the laser light LL emitted from the laser light emitting section 21 is irradiated onto the second main surface S2 of the mirror section 13, and its progress is hindered. Therefore, the amount of laser light LL that enters the first photodetector 22 is smaller than when the mirror section 13 is in the reference attitude.

図2Cは、図2Aに示す基準姿勢の状態からレーザ光出射部21の位置する方向にミラー部13の第1の主面S1が傾いた状態、すなわち法線NLが図2AのB方向に変化するようにミラー部13が傾いた状態を示している。この状態では、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光LLのうちの一部がミラー部13の第1の主面S1又は側端部に照射され、その進行が妨げられる。このため、第1光検出器22に入射するレーザ光LLの光量は、ミラー部13が基準姿勢にある状態と比べて小さくなる。また、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光LLのうち、ミラー部13のレーザ光出射部21側の側端部で反射されたレーザ光は、第2光検出器23に入射する。 FIG. 2C shows a state in which the first main surface S1 of the mirror section 13 is tilted in the direction in which the laser beam emitting section 21 is located from the reference posture shown in FIG. 2A, that is, the normal NL changes in the direction B in FIG. 2A. The mirror portion 13 is shown tilted as shown in FIG. In this state, a portion of the laser beam LL emitted from the laser beam emitting section 21 is irradiated onto the first main surface S1 or the side end portion of the mirror section 13, and its progress is hindered. Therefore, the amount of laser light LL that enters the first photodetector 22 is smaller than when the mirror section 13 is in the reference attitude. Further, of the laser beam LL emitted from the laser beam emitting section 21 , the laser beam reflected at the side end of the mirror section 13 on the side of the laser beam emitting section 21 enters the second photodetector 23 .

次に、図1に示す角度算出部24が、第1光検出器22の受光結果及び第2光検出器23の受光結果に基づいてミラー部13の振り角を算出する方法について説明する。 Next, a method in which the angle calculation unit 24 shown in FIG. 1 calculates the swing angle of the mirror unit 13 based on the light reception result of the first photodetector 22 and the light reception result of the second photodetector 23 will be described.

図3は、ミラー部13の振り角と第1光検出器22及び第2光検出器23で検出されるレーザ光の光強度と時間との関係を示すグラフである。ここでは、第1光検出器22で検出されるレーザ光の光強度をD1、第2光検出器23で検出されるレーザ光の光強度をD2として示している。 FIG. 3A is a graph showing the relationship between the swing angle of the mirror section 13, the light intensity of the laser light detected by the first photodetector 22 and the second photodetector 23, and time. Here, the light intensity of the laser light detected by the first photodetector 22 is shown as D1, and the light intensity of the laser light detected by the second photodetector 23 is shown as D2.

ミラー部13が基準姿勢にある状態(振り角SA=0として示す)では、第1光検出器22で検出されるレーザ光の光強度は最大となる。一方、ミラー部13の振り角が最大、すなわちミラー部13の第1の主面SLの法線NLと基準姿勢における第1の主面S1の法線NL方向とのなす角が最大振り角である状態(振り角SA=maxとして示す)では、第1光検出器22で検出されるレーザ光の光強度は最小となる。このように、振り角に応じて検出される光強度の値が変化するため、角度算出部24は光強度の大きさに基づいて振り角を算出することができる。 When the mirror section 13 is in the standard attitude (denoted as swing angle SA=0), the light intensity of the laser light detected by the first photodetector 22 is maximum. On the other hand, the swing angle of the mirror part 13 is the maximum, that is, the angle between the normal NL of the first main surface SL of the mirror part 13 and the normal NL direction of the first main surface S1 in the reference attitude is the maximum swing angle. In a certain state (shown as swing angle SA=max), the light intensity of the laser light detected by the first photodetector 22 is at a minimum. In this way, since the value of the detected light intensity changes depending on the swing angle, the angle calculating section 24 can calculate the swing angle based on the magnitude of the light intensity.

また、ミラー部13が図2Aに示すA方向に傾いた状態では第2光検出器23にレーザ光が入射せず、ミラー部13が図2Aに示すB方向に傾いた状態では第2光検出器23にレーザ光が入射する。図3AにD2として示すように、一方の方向に傾いている状態でのみ第2光検出器23でレーザ光の光強度が検出される。従って、角度算出部24は、第2光検出器23でレーザ光の光強度が検出されたか否かに基づいて、ミラー部13の傾きの方向を判定することができる。 Furthermore, when the mirror section 13 is tilted in the direction A shown in FIG. 2A, the laser beam does not enter the second photodetector 23, and when the mirror section 13 is tilted in the direction B shown in FIG. Laser light enters the vessel 23. As shown as D2 in FIG. 3A, the light intensity of the laser beam is detected by the second photodetector 23 only when the laser beam is tilted in one direction. Therefore, the angle calculating section 24 can determine the direction of inclination of the mirror section 13 based on whether the light intensity of the laser beam is detected by the second photodetector 23.

角度算出部24は、第1光検出器22で検出されるレーザ光の光強度の最大値に基づいて規格化した光強度を規格化光強度として、予め取得した規格化光強度と振り角との関係からミラー部13の振り角を算出する。 The angle calculation unit 24 uses the normalized light intensity that is normalized based on the maximum value of the light intensity of the laser light detected by the first photodetector 22 as the normalized light intensity, and calculates the normalized light intensity and swing angle obtained in advance. The swing angle of the mirror section 13 is calculated from the relationship.

次に、規格化光強度の算出式について説明する。ここでは、ミラー部13の振り角の最大値が15度であり、当該振り角が最大の状態において、レーザ光出射部21から第1光検出器22の方向を見た場合に第1光検出器22の受光部の下端にミラー部13の外縁が接する状態となる場合を例として説明を行う。 Next, a formula for calculating the normalized light intensity will be explained. Here, the maximum swing angle of the mirror section 13 is 15 degrees, and when the swing angle is at its maximum, the first photodetector is detected when looking from the laser beam emitting section 21 toward the first photodetector 22. An example will be explained in which the outer edge of the mirror section 13 is in contact with the lower end of the light receiving section of the device 22.

まず、ミラー部13が直径dmmの円形のミラーであるとすると、ミラー部13の第1の主面S1の下側半分(すなわち、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光が入射する可能性がある部分)の面積は、S=(d/8)πとなる。 First, assuming that the mirror section 13 is a circular mirror with a diameter of dmm, the lower half of the first main surface S1 of the mirror section 13 (that is, the possibility that the laser beam emitted from the laser beam emitting section 21 will enter) is The area of the part) is S=(d 2 /8)π.

ミラー部13が揺動して傾いた状態において、第1の主面S1の法線方向と基準姿勢における当該法線方向とのなす角をθとすると、ミラー部13が傾いた状態においてレーザ光を遮る部分の面積は、S(θ)=(d/8)πsinθと表される。 When the mirror section 13 is swung and tilted, if the angle between the normal direction of the first principal surface S1 and the normal direction in the reference posture is θ, then the laser beam is The area of the portion that blocks the is expressed as S(θ)=(d 2 /8)πsinθ.

仮に、θ=15°のときにレーザ光がミラー部13の第1の主面S1に入射したとすると、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光のうちミラー部13によって遮られなかった部分の光量I(θ)は、次の数式1(数1)で表される。 If the laser beam is incident on the first principal surface S1 of the mirror section 13 when θ=15°, then the portion of the laser beam emitted from the laser beam emitting section 21 that is not blocked by the mirror section 13 The light amount I(θ) is expressed by the following Equation 1 (Equation 1).

Figure 0007341782000001
Figure 0007341782000001

ここで、Iとはミラー部13が基準姿勢の状態において第1光検出器22に入射するレーザ光の光量である。この光量I(θ)をIで割ることにより、次の数式2(数2)で表されるような規格化光強度「規I(θ)」が得られる。 Here, I 0 is the amount of laser light that enters the first photodetector 22 when the mirror section 13 is in the standard posture. By dividing this light amount I(θ) by I0 , a normalized light intensity “normalized light intensity I(θ)” as expressed by the following Equation 2 (Equation 2) is obtained.

Figure 0007341782000002
Figure 0007341782000002

図3Bは、規格化光強度と振り角との関係を示すグラフである。振り角が±15°の範囲において、規格化光強度の値は、振り角の変化に応じて一次関数的に変化する。 FIG. 3B is a graph showing the relationship between normalized light intensity and swing angle. In the swing angle range of ±15°, the value of the normalized light intensity changes linearly in accordance with the change in the swing angle.

角度算出部24は、第1光検出器22により検出されたレーザ光の光強度に基づいて規格化光強度を算出し、上記の数2で示される関係式に基づいて、振り角を算出する。上記のような規格化光強度の算出式を用いることにより、最大の光強度の値(すなわち、ミラー部13が基準姿勢である場合の光強度)に関わらず、ミラー部13の振り角を安定して算出することができる。 The angle calculation unit 24 calculates the normalized light intensity based on the light intensity of the laser beam detected by the first photodetector 22, and calculates the swing angle based on the relational expression shown in Equation 2 above. . By using the above-mentioned formula for calculating the normalized light intensity, the swing angle of the mirror section 13 can be stabilized regardless of the maximum light intensity value (i.e., the light intensity when the mirror section 13 is in the reference posture). It can be calculated by

以上のように、本実施例の角度検出装置100において、角度算出部24は、第1光検出器22が検出したレーザ光の光強度に基づいて、ミラー部13の振り角を算出する。また、角度算出部24は、第2光検出器23において所定値以上の光強度が検出されたか否かに基づいて、ミラー部13がどちらの方向に傾いているかを判定する。 As described above, in the angle detection device 100 of the present embodiment, the angle calculation section 24 calculates the swing angle of the mirror section 13 based on the light intensity of the laser beam detected by the first photodetector 22. Further, the angle calculation unit 24 determines in which direction the mirror unit 13 is tilted based on whether the second photodetector 23 detects a light intensity equal to or higher than a predetermined value.

かかる構成によれば、歪センサを用いて角度を算出する場合とは異なり、温度依存性や材料の経時的な劣化の影響を受けずに角度をミラー部13の振り角を算出することができる。従って、安定して精度の高い振り角の算出を行うことが可能となる。 According to this configuration, unlike the case where the angle is calculated using a strain sensor, the swing angle of the mirror section 13 can be calculated without being affected by temperature dependence or material deterioration over time. . Therefore, it is possible to stably and accurately calculate the swing angle.

また、レーザ光出射部21、第1光検出器22及び第2光検出器23は、ミラー10の光反射面とは反対側(すなわち、ミラー部13の第2の主面側)に設けられ、基準姿勢におけるミラー部13の第2の主面に平行な方向でレーザ光の出射及び受光を行う。従って、ミラー10の光反射面に垂直な方向にはあまり空間を必要としないため、省スペースで角度検出装置を構成することができる。 Further, the laser beam emitting section 21, the first photodetector 22, and the second photodetector 23 are provided on the side opposite to the light reflecting surface of the mirror 10 (that is, on the second main surface side of the mirror section 13). , the laser beam is emitted and received in a direction parallel to the second principal surface of the mirror section 13 in the reference attitude. Therefore, since not much space is required in the direction perpendicular to the light reflecting surface of the mirror 10, the angle detection device can be configured in a small space.

すなわち、本実施例の角度検出装置によれば、省スペースで且つ周辺環境の変化や経時変化に強い(すなわち、ロバストな)角度検出を実現することが可能となる。 That is, according to the angle detection device of this embodiment, it is possible to realize angle detection that is space-saving and resistant to changes in the surrounding environment and changes over time (that is, robust).

なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施例では、ミラー部13の第2の主面でのレーザ光の反射を防止するため、ミラー部13の第2の主面が黒色を有し且つ微細な溝が設けられている例について説明した。しかし、これに限られず、ミラー部13の第2の主面に反射防止の構造が形成されていればよい。例えば、第2の主面上に微細な突起を形成してもよく、反射率の低い塗料を塗布してもよい。また、これとは逆に、ミラー部13自体を反射率の低い材料で形成し、第1の主面にのみ反射性を持たせる加工を施してもよい。 Note that the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, the second main surface of the mirror section 13 is black and provided with fine grooves in order to prevent reflection of laser light on the second main surface of the mirror section 13. An example was explained. However, the present invention is not limited to this, and it is sufficient that an anti-reflection structure is formed on the second main surface of the mirror section 13. For example, fine protrusions may be formed on the second main surface, or paint with low reflectance may be applied. Conversely, the mirror portion 13 itself may be formed of a material with low reflectance, and only the first principal surface may be processed to have reflectivity.

また、上記のような反射防止の加工に加えて、ミラー部13の第2の主面で反射されたレーザ光が第1光検出器22に入射するのを抑制する構成をさらに備えていても良い。 Further, in addition to the anti-reflection processing described above, a configuration may be further provided to suppress the laser beam reflected by the second main surface of the mirror section 13 from entering the first photodetector 22. good.

図4Aは、ミラー部13の第2の主面で反射されたレーザ光が第1光検出器22に入射する様子を模式的に示す図である。このように、ミラー部13の第2の主面で反射されたレーザ光が第1光検出器22に入射すると、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光が第1光検出器22に直接入射する分の光強度に、ミラー部13の第2の主面で反射して第1光検出器22入射する分の光強度が加算されるため、角度の算出を行うことができない虞がある。 FIG. 4A is a diagram schematically showing how the laser beam reflected by the second main surface of the mirror section 13 enters the first photodetector 22. In this way, when the laser beam reflected by the second main surface of the mirror section 13 enters the first photodetector 22, the laser beam emitted from the laser beam emitting section 21 directly hits the first photodetector 22. Since the light intensity reflected by the second principal surface of the mirror section 13 and incident on the first photodetector 22 is added to the incident light intensity, there is a possibility that the angle cannot be calculated. .

図4Bは、ミラー部13の第2の主面で反射されたレーザ光が第1光検出器22に入射するのを抑制する構成を模式的に示す図である。ミラー部13の第1光検出器22に近い側端部と第1光検出器22との間には、第2のレンズ26が設けられている。また、第2のレンズ26と第1光検出器22との間には、開口部(アパーチャ)を有する遮蔽体27が設けられている。 FIG. 4B is a diagram schematically showing a configuration for suppressing the laser beam reflected by the second main surface of the mirror section 13 from entering the first photodetector 22. A second lens 26 is provided between the side end of the mirror section 13 near the first photodetector 22 and the first photodetector 22 . Further, a shielding body 27 having an opening (aperture) is provided between the second lens 26 and the first photodetector 22.

ミラー部13の第2の主面で反射されたレーザ光は、第2のレンズ26によって、遮蔽体27の開口部とは異なる位置に集光される。このため、当該レーザ光は、遮蔽体27の開口部を通過せず、第1光検出器22に入射しない。一方、ミラー部13の第2の主面による反射を経ず、レーザ光出射部21から出射されてミラー部13の基準姿勢における第2の主面に平行な方向に進行したレーザ光(以下、平行光と称する)は、第2のレンズ26によって、遮蔽体27の開口部の位置に集光される。このため、当該レーザ光は第1光検出器22に入射する。かかる構成によれば、ミラー部13の第2の主面で反射したレーザ光の第1光検出器22への入射を制限し、平行光のみを第1光検出器22に入射させることができるため、角度の検出を正確に行うことが可能となる。 The laser beam reflected by the second main surface of the mirror section 13 is focused by the second lens 26 at a position different from the opening of the shielding body 27. Therefore, the laser beam does not pass through the opening of the shielding body 27 and does not enter the first photodetector 22. On the other hand, laser light (hereinafter referred to as The parallel light (referred to as parallel light) is focused by the second lens 26 at the position of the opening of the shielding body 27 . Therefore, the laser beam enters the first photodetector 22. According to this configuration, it is possible to restrict the incidence of the laser beam reflected by the second main surface of the mirror section 13 on the first photodetector 22, and to allow only parallel light to enter the first photodetector 22. Therefore, it becomes possible to accurately detect the angle.

また、上記実施例では、ミラー部13がどちら側に傾いているかを判定するため、第2光検出器23の受光結果を用いる例について説明した。しかし、これとは異なり、例えば可動部12に歪みセンサを設け、ピエゾ抵抗効果等を利用して傾きの方法を判定する構成としてもよい。歪みセンサのセンサ結果には温度依存性や材料の経時劣化の影響があるが、ミラー部13がどちら側に傾いているかという2者択一の判定には角度算出のような正確さは必要ではないため、歪みセンサを用いて判定を行うことができる。 Further, in the above embodiment, an example was described in which the light reception result of the second photodetector 23 is used to determine which side the mirror portion 13 is tilted to. However, different from this, for example, a configuration may be adopted in which a strain sensor is provided in the movable part 12 and the method of inclination is determined using a piezoresistance effect or the like. Although the sensor results of the strain sensor are affected by temperature dependence and material deterioration over time, the accuracy of angle calculation is not necessary for determining which side the mirror section 13 is tilted to. Therefore, the determination can be made using a strain sensor.

また、MEMSミラー10に直接回転トルクを与え、ミラー部13を共振や非共振で揺動しているような場合(例えば、ミラー部13の第2の主面に永久磁石を接着し、外部からの磁界でミラーを揺動するような場合)には、駆動電圧又は駆動電流の波形に基づいてミラー部13の傾きの方向を判定することが可能である。 In addition, when a rotational torque is directly applied to the MEMS mirror 10 and the mirror section 13 is oscillated with resonance or non-resonance (for example, when a permanent magnet is bonded to the second main surface of the mirror section 13 and (in the case where the mirror is oscillated by a magnetic field), it is possible to determine the direction of inclination of the mirror portion 13 based on the waveform of the drive voltage or drive current.

図5は、駆動信号の波形とミラー部13の揺動との関係を示す図である。例えば、直接駆動型共振動作の場合、ミラー部13は、共振周波数を含む駆動信号の印加を受けた磁界発生源から当該駆動信号に応じた磁界が発生し、当該磁界が永久磁石に作用することによりミラー部13が共振状態で揺動する。かかる揺動動作において、ミラー部13の揺動は、図5に示すように、駆動信号の波形と比べて位相が90°遅れた波形となる。従って、位相が90°遅れていることを前提に、駆動信号に基づいてミラー部13の傾きの方向を判定することが可能である。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the waveform of the drive signal and the rocking of the mirror section 13. For example, in the case of direct drive type resonance operation, the mirror unit 13 generates a magnetic field according to the drive signal from a magnetic field generation source to which a drive signal including a resonance frequency is applied, and the magnetic field acts on the permanent magnet. As a result, the mirror section 13 swings in a resonant state. In this swinging operation, the swinging of the mirror section 13 has a waveform whose phase is delayed by 90° compared to the waveform of the drive signal, as shown in FIG. Therefore, it is possible to determine the direction of inclination of the mirror section 13 based on the drive signal on the premise that the phase is delayed by 90 degrees.

また、上記実施例の角度検出装置によるミラー部13の振り角の検出は、ミラー部13の第2の主面の全面を利用しなくても行うことができる。図6Aは、レーザ光出射部21から出射されたレーザ光がミラー部13の第2の主面の一部に沿って進行する様子を模式的に示す上面図であり、図6Bはその断面図である。このように、ミラー部13の第2の主面の一部を通過したレーザ光を用いて角度を算出するようにレーザ光出射部や第1光検出器を配置することにより、ミラー部13の第2の主面に永久磁石30が固定されている場合にも、その影響を受けずに角度の算出を行うことが可能となる。 Further, the swing angle of the mirror section 13 can be detected by the angle detection device of the above embodiment without using the entire second main surface of the mirror section 13. FIG. 6A is a top view schematically showing how the laser beam emitted from the laser beam emitting section 21 travels along a part of the second main surface of the mirror section 13, and FIG. 6B is a cross-sectional view thereof. It is. In this way, by arranging the laser beam emitting section and the first photodetector so as to calculate the angle using the laser beam that has passed through a part of the second main surface of the mirror section 13, the angle of the mirror section 13 can be adjusted. Even when the permanent magnet 30 is fixed to the second main surface, it is possible to calculate the angle without being affected by the permanent magnet 30.

また、上記実施例では、第1光検出器22がレーザ光出射部21から出射されたレーザ光を直接受光する例について説明した。しかし、当該レーザ光をミラー等によりいったん反射させた光を第1光検出器22が受光するように構成してもよい。図7は、このような構成の角度検出装置を示す図である。MEMSミラー10の載置領域を挟んでレーザ光出射部21と対向する位置には、傾き検出用ミラー21が設けられている。光検出器32は、傾き検出用ミラー21によって反射されたレーザ光が入射する位置に設けられている。かかる構成の角度検出装置においても、上記実施例と同様に光検出器32が検出したレーザ光の光強度に基づいて、ミラー部13の振り角を算出することが可能である。 Further, in the above embodiment, an example was described in which the first photodetector 22 directly receives the laser beam emitted from the laser beam emitting section 21. However, it may be configured such that the first photodetector 22 receives light after the laser light is once reflected by a mirror or the like. FIG. 7 is a diagram showing an angle detection device having such a configuration. A tilt detection mirror 21 is provided at a position facing the laser beam emitting section 21 with the mounting area of the MEMS mirror 10 interposed therebetween. The photodetector 32 is provided at a position where the laser beam reflected by the tilt detection mirror 21 is incident. Also in the angle detection device having such a configuration, it is possible to calculate the swing angle of the mirror section 13 based on the light intensity of the laser beam detected by the photodetector 32, as in the above embodiment.

また、上記実施例では、ミラー部13が円形である場合を例として説明したが、ミラー部13の形状はこれに限られない。例えば、ミラー部13は正方形や長方形等の四角い形状であってもよい。 Further, in the above embodiment, the case where the mirror portion 13 is circular has been described as an example, but the shape of the mirror portion 13 is not limited to this. For example, the mirror portion 13 may have a square shape, such as a square or a rectangle.

図8(A)~(F)は、レーザ光出射部21から見た第1光検出器22の受光面とミラー部13によってレーザ光が遮られる部分との関係を模式的に示す図である。 FIGS. 8A to 8F are diagrams schematically showing the relationship between the light receiving surface of the first photodetector 22 and the portion where the laser beam is blocked by the mirror section 13 as seen from the laser beam emitting section 21. .

図8(A)は上記実施例のように、ミラー部13が円形であり、且つミラー部13が最も傾いた状態(すなわち、振り角が最大である状態)で、ミラー部のエッジが第1光検出器22の受光面の下辺に接するような状態となる場合を示している。前述した規格化光強度の算出式は、このようにミラー部13が円形である場合を想定している。しかし、これとは異なる規格化強度の算出式を用いることにより、例えばミラー部13が四角い形状である場合にも、ミラー部13の振り角を算出することが可能である。 FIG. 8(A) shows that the mirror part 13 is circular as in the above embodiment, and the mirror part 13 is in the most inclined state (that is, the state in which the swing angle is the maximum), and the edge of the mirror part is in the first position. A case is shown in which the light-receiving surface of the photodetector 22 comes into contact with the lower side thereof. The above-mentioned formula for calculating the normalized light intensity is based on the assumption that the mirror portion 13 is circular as described above. However, by using a different formula for calculating the normalized strength, it is possible to calculate the swing angle of the mirror section 13 even when the mirror section 13 has a square shape, for example.

ミラー部13が四角い形状である場合、図8(B)のようにミラー部13がレーザ光の一部の進行を遮るような状態では、ミラー部13の振り角に応じて第1光検出部22に入射するレーザ光の光量が変化するため、光強度の変化に基づいてミラー部13の振り角を算出することができる。しかし、図8(C)に示すようにミラー部13がレーザ光の進行をほぼ全面的に遮り、さらに図8(D)に示すようにミラー部13が第1光検出器22の受光面からはみ出すような状態に至ると、第1光検出器22に入射するレーザ光の光量が変化しないため、光強度に基づいてミラー部13の振り角を算出することができなくなる。そこで、図8(E)に示すように、第1光検出器22の受光面を大きくして、ミラー部13が最も傾いた状態でも第1光検出器22を全面的に覆わないようにすることにより、ミラー部13の形状が四角い場合でも振り角の算出を十分に行うことが可能となる。また、レンズ等を用いてレーザ光の照射領域の面積を大きくすることにより、レーザ光の進行がミラー部13によって全面的に遮断されないようにしてもよい。また、図8(F)に示すように、ミラー部13が円形の場合にも第1光検出器22の受光面を大きくして、レーザ光の進行がミラー部13によって遮られる領域が少なくなるようにしてもよい。 When the mirror part 13 has a square shape, in a state where the mirror part 13 blocks a portion of the laser beam from progressing as shown in FIG. 8(B), the first light detection part Since the amount of laser light incident on the mirror 22 changes, the swing angle of the mirror section 13 can be calculated based on the change in light intensity. However, as shown in FIG. 8(C), the mirror portion 13 almost completely blocks the progress of the laser beam, and further, as shown in FIG. 8(D), the mirror portion 13 When the laser beam protrudes, the amount of laser light incident on the first photodetector 22 does not change, so it becomes impossible to calculate the swing angle of the mirror section 13 based on the light intensity. Therefore, as shown in FIG. 8(E), the light-receiving surface of the first photodetector 22 is made large so that even when the mirror section 13 is at its most inclined, it does not completely cover the first photodetector 22. Thereby, even when the shape of the mirror portion 13 is square, it is possible to sufficiently calculate the swing angle. Furthermore, the progress of the laser beam may be prevented from being completely blocked by the mirror section 13 by enlarging the area of the laser beam irradiation region using a lens or the like. Furthermore, as shown in FIG. 8(F), even when the mirror section 13 is circular, the light-receiving surface of the first photodetector 22 is made large, so that the area where the progress of the laser beam is blocked by the mirror section 13 is reduced. You can do it like this.

また、上記実施例で説明した一連の処理は、例えばROMなどの記録媒体に格納されたプログラムに従ったコンピュータ処理により行うことができる。 Furthermore, the series of processes described in the above embodiments can be performed by computer processing according to a program stored in a recording medium such as a ROM.

100 角度検出装置
10 MEMSミラー
11 支持部
12 可動部
13 ミラー部
14 トーションバー
21 レーザ光出射部
22 第1光検出器
23 第2光検出器
24 角度算出部
25 レンズ
30 永久磁石
31 傾き検出用ミラー
32 光検出器
100 Angle detection device 10 MEMS mirror 11 Support part 12 Movable part 13 Mirror part 14 Torsion bar 21 Laser beam emission part 22 First photodetector 23 Second photodetector 24 Angle calculation part 25 Lens 30 Permanent magnet 31 Mirror for tilt detection 32 Photodetector

Claims (10)

光を反射する第1の面と、前記第1の面とは反対側に位置する第2の面と、を有し、基準姿勢から揺動軸周りに揺動可能に構成されたミラーと、
前記基準姿勢における前記ミラーの前記第2の面に対し平行に進行するレーザ光を出射する光源と、
前記光源から出射されて進行する前記レーザ光の光路上に設けられた光検出器と、
前記光検出器にて受光した際の光強度の大きさに基づいて前記基準姿勢からの揺動角を算出する角度算出部と、
を有することを特徴とする角度検出装置。
a mirror having a first surface that reflects light and a second surface located on the opposite side of the first surface, and configured to be swingable around a swing axis from a reference posture;
a light source that emits a laser beam that travels parallel to the second surface of the mirror in the reference posture;
a photodetector provided on the optical path of the laser beam emitted from the light source and traveling;
an angle calculation unit that calculates a swing angle from the reference posture based on the magnitude of light intensity when the light is received by the photodetector;
An angle detection device characterized by having:
前記角度算出部は、前記光検出器にて受光した際の光強度の大きさを前記ミラーが前記基準姿勢にある場合の光強度の大きさと比較することにより、前記基準姿勢からの揺動角を算出することを特徴とする請求項1に記載の角度検出装置。 The angle calculation unit compares the magnitude of the light intensity when the light is received by the photodetector with the magnitude of the light intensity when the mirror is in the reference posture, thereby determining the swing from the reference posture. The angle detection device according to claim 1, wherein the angle detection device calculates an angle. 前記角度算出部は、前記光検出器により検出された前記レーザ光の光強度を、前記ミラーが前記基準姿勢にある場合に前記光検出器により検出される光強度を用いて規格化し、当該規格化された光強度である規格化光強度に基づいて、前記基準姿勢からの揺動角を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の角度検出装置。 The angle calculation unit normalizes the light intensity of the laser beam detected by the photodetector using the light intensity detected by the photodetector when the mirror is in the reference attitude, and The angle detection device according to claim 1 or 2, wherein the swing angle from the reference posture is calculated based on a normalized light intensity that is a normalized light intensity. 前記ミラーが前記基準姿勢から一の方向に揺動した際に前記レーザ光が入射し、他の方向に揺動した際には前記レーザ光が入射しない位置に設けられた第2の光検出器を有し、
前記角度算出部は、前記第2の検出器の受光結果に基づいて、前記ミラーの前記基準姿勢からの揺動方向を判定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1に記載の角度検出装置。
a second photodetector provided at a position where the laser beam enters when the mirror swings in one direction from the reference posture, and where the laser light does not enter when the mirror swings in the other direction; has
4. The angle calculation unit determines a swing direction of the mirror from the reference posture based on a light reception result of the second photodetector . Angle detection device.
前記ミラーは、前記第2の面に固定された永久磁石を有し、駆動信号の印加を受けて動作する磁力発生源によって発生された磁界によって共振するように揺動し、
前記角度算出部は、前記駆動信号の信号波形に基づいて、前記ミラーの前記基準姿勢からの揺動方向を判定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1に記載の角度検出装置。
The mirror has a permanent magnet fixed to the second surface, and oscillates to resonate with a magnetic field generated by a magnetic force generation source that operates upon application of a drive signal;
The angle detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the angle calculation unit determines a swing direction of the mirror from the reference posture based on a signal waveform of the drive signal. .
前記ミラーの前記第2の面に反射防止構造が形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1に記載の角度検出装置。 6. The angle detection device according to claim 1, wherein an antireflection structure is formed on the second surface of the mirror. 前記光源と前記光検出器との間に配され、前記ミラーの前記第2の面で反射されたレーザ光と前記第2の面での反射を経ずに進行したレーザ光とを異なる位置に集光するレンズと、
前記光検出器の受光面に近接して設けられ、前記ミラーの前記第2の面で反射され前記レンズによって集光されたレーザ光の少なくとも一部を遮蔽する遮蔽部を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1に記載の角度検出装置。
Disposed between the light source and the photodetector, the laser beam reflected on the second surface of the mirror and the laser beam that has proceeded without being reflected on the second surface are placed at different positions. A lens that focuses light,
It is characterized by having a shielding part that is provided close to the light-receiving surface of the photodetector and that shields at least a part of the laser light that is reflected by the second surface of the mirror and focused by the lens. An angle detection device according to any one of claims 1 to 6.
前記ミラーの前記第2の面上を通過したレーザ光を反射させる第2のミラーを有し、
前記検出器は、前記第2のミラーによって反射されたレーザ光を受光可能な位置に配されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1に記載の角度検出装置。
a second mirror that reflects the laser beam that has passed on the second surface of the mirror;
8. The angle detection device according to claim 1, wherein the photodetector is arranged at a position where it can receive the laser beam reflected by the second mirror.
光を反射する第1の面と、前記第1の面とは反対側に位置する第2の面と、を有し、基準姿勢から揺動軸周りに揺動可能に構成されたミラーと、
前記基準姿勢における前記ミラーの前記第1の面に垂直な方向から見て前記第2の面の直下に位置する領域の外側から当該領域を通過する方向にレーザ光を出射する光源と、
前記領域を通過した前記レーザ光を受光する受光面を有し、前記ミラーの揺動によって前記受光面による前記レーザ光の受光量が変化するように配された光検出器と、
前記光検出器にて受光した際の光強度の大きさに基づいて前記ミラーの前記基準姿勢からの揺動角を算出する角度算出部と、
を有することを特徴とする角度検出装置。
a mirror having a first surface that reflects light and a second surface located on the opposite side of the first surface, and configured to be swingable around a swing axis from a reference posture;
a light source that emits a laser beam in a direction passing through the region from outside the region located directly under the second surface when viewed from a direction perpendicular to the first surface of the mirror in the reference posture;
a photodetector having a light-receiving surface that receives the laser light that has passed through the region, and arranged so that the amount of the laser light received by the light-receiving surface changes as the mirror swings;
an angle calculation unit that calculates a swing angle of the mirror from the reference posture based on the magnitude of light intensity when the light is received by the photodetector;
An angle detection device characterized by having:
光を反射する第1の面と、前記第1の面とは反対側に位置する第2の面と、を有し、基準姿勢から揺動軸周りに揺動可能に構成されたミラーと、a mirror having a first surface that reflects light and a second surface located on the opposite side of the first surface, and configured to be swingable around a swing axis from a reference posture;
前記基準姿勢における前記ミラーの前記第2の面に対し平行に進行するレーザ光を出射する光源と、a light source that emits a laser beam that travels parallel to the second surface of the mirror in the reference posture;
前記光源から出射されて進行する前記レーザ光の光路上に設けられた光検出器と、a photodetector provided on the optical path of the laser beam emitted from the light source and traveling;
前記光検出器の受光結果に基づいて前記基準姿勢からの揺動角を算出する角度算出部と、を有し、an angle calculation unit that calculates a swing angle from the reference posture based on the light reception result of the photodetector;
前記角度算出部は、前記光検出器の受光結果を前記ミラーが前記基準姿勢にある場合の受光結果と比較することにより、前記基準姿勢からの揺動角を算出することを特徴とする角度検出装置。Angle detection characterized in that the angle calculation unit calculates a swing angle from the reference attitude by comparing a light reception result of the photodetector with a light reception result when the mirror is in the reference attitude. Device.
JP2019145411A 2019-08-07 2019-08-07 Angle detection device Active JP7341782B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019145411A JP7341782B2 (en) 2019-08-07 2019-08-07 Angle detection device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019145411A JP7341782B2 (en) 2019-08-07 2019-08-07 Angle detection device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2021025938A JP2021025938A (en) 2021-02-22
JP2021025938A5 JP2021025938A5 (en) 2022-08-09
JP7341782B2 true JP7341782B2 (en) 2023-09-11

Family

ID=74663050

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019145411A Active JP7341782B2 (en) 2019-08-07 2019-08-07 Angle detection device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7341782B2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005331679A (en) 2004-05-19 2005-12-02 Nippon Signal Co Ltd:The Planar type actuator
JP2006078186A (en) 2004-09-07 2006-03-23 Y E Data Inc Flat surface measuring method of mirror
JP2006337251A (en) 2005-06-03 2006-12-14 Victor Co Of Japan Ltd Photodetection device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005331679A (en) 2004-05-19 2005-12-02 Nippon Signal Co Ltd:The Planar type actuator
JP2006078186A (en) 2004-09-07 2006-03-23 Y E Data Inc Flat surface measuring method of mirror
JP2006337251A (en) 2005-06-03 2006-12-14 Victor Co Of Japan Ltd Photodetection device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021025938A (en) 2021-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108693515B (en) Lidar system and method for ascertaining a system state of a lidar system
JP4043128B2 (en) Optical scanning touch panel
US10031213B2 (en) Laser scanner
US10884239B2 (en) Optical scanning device and method of detecting angle of reflection unit in optical scanning device
JPH1019768A (en) Surface plasmon resonance sensor
JP6330539B2 (en) Laser scanning device
KR20190128068A (en) Laser sensor module for particle detection with offset beam
JP6903145B2 (en) Rider sensor for detecting objects
JP2007333592A (en) Distance measurement device
JP2020509366A (en) Rider sensor for detecting objects
JP7341782B2 (en) Angle detection device
EP3410170B1 (en) Optical scanning device
JP2017049097A (en) Laser radar device
US20210141062A1 (en) Distance measurement device
WO2021117527A1 (en) Electromagnetic motor, optical deflection device, and ranging device
JP6372820B2 (en) Laser range finder and method of manufacturing oscillating mirror
JP2017125771A (en) Optical scanner
JP2007293915A (en) Optical scanning type touch panel
JP2008053160A (en) Photoelectric sensor, sheet-like member detector and reflecting member for photoelectric sensor
JPH11316155A (en) Optical sensor and optical microphone
JPWO2019235260A1 (en) Distance measuring device
JP2003344553A (en) Object detector
JPS62133416A (en) Method and apparatus for detecting axial deviation of optical scanner
US20230131002A1 (en) Sensor device
WO2023053840A1 (en) Optical scanning device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220715

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220801

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230327

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230404

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230530

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230801

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230830

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7341782

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150